AlEu MOF纳米颗粒增强微波热消融并协同激活cGAS-STING通路：一种新型肝细胞癌治疗策略

《International Journal of Nanomedicine》：Developing a Better Hepatocellular Carcinoma Treatment: AlEu MOF Nanoparticles Enhance Microwave Thermal Ablation and Synergistically Activate the cGAS-STING Pathway

　　

目的：为解决肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, HCC）微波消融（microwave ablation, MWA）术后高复发率问题，本研究开发了铝-铕金属有机框架（aluminum-europium metal-organic framework, AlEu MOF）纳米颗粒，通过物理增强热消融和激活环磷酸鸟苷-磷酸腺苷（cyclic GMP-AMP, cGAMP）合成酶-干扰素基因刺激因子（stimulator of interferon genes, STING）介导的抗肿瘤免疫来增强MWA疗效。方法：研究人员采用一锅水热法合成AlEu MOF纳米颗粒，并对其理化性质进行表征。在Hepa1-6细胞系中评估了其生物相容性及与MWA联用的体外杀伤效果。通过检测cGAS-STING通路的活化标志物评估免疫刺激能力。在Hepa1-6皮下荷瘤小鼠模型中研究了体内抗肿瘤疗效，监测肿瘤生长、瘤内温度升高、cGAS-STING通路下游效应物的血清水平以及治疗安全性。结果：AlEu MOF纳米颗粒表现出优异的生物相容性和血液相容性。与MWA联合使用时，AlEu MOF显著提高了瘤内热效率，与单独MWA相比具有更优的肿瘤生长抑制效果。机制上，增强的热消融诱导线粒体损伤和下游cGAS-STING通路激活，联合治疗组关键下游细胞因子（IFN-γ、IL-6和TNF-α）血清水平升高证实了这一点。在整个治疗期间未观察到明显的肝肾毒性或主要器官损伤。结论：AlEu MOF纳米颗粒通过双重协同机制增强MWA治疗：增强的热消融作为cGAS-STING激活的上游触发因素，而铕离子同时放大STING信号输出，共同将局部热消融转化为系统性抗肿瘤免疫。这种协同策略为增强HCC的局部肿瘤消融和系统性抗肿瘤免疫提供了一种有前景的方法。

肝细胞癌是全球高发恶性肿瘤，微波消融（MWA）虽是不可切除小肝癌的重要治疗手段，但存在肿瘤边缘残留所致局部复发和难以持久激活全身抗肿瘤免疫两大瓶颈。环磷酸鸟苷-磷酸腺苷合成酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）通路是连接细胞损伤与免疫应答的关键机制，激活该通路有望弥补MWA的不足。为此，研究人员设计合成了双金属铝-铕金属有机框架（AlEu MOF）纳米颗粒，通过铝离子的离子限制效应增强微波热转换，同时依赖铕离子放大cGAMP介导的STING信号，以实现局部热消融与系统性抗肿瘤免疫的协同增效。研究在Hepa1-6细胞系和皮下荷瘤小鼠模型中证实，AlEu MOF联合MWA可显著提高瘤内温度、抑制肿瘤生长，并通过诱导线粒体损伤和cGAS-STING活化促进细胞因子分泌和细胞毒性T细胞浸润，且未引起明显肝肾毒性或主要器官损伤。该策略为HCC提供了一种将局部肿瘤控制与全身免疫保护相结合的潜在临床转化方案。

研究人员采用一锅水热法（130°C，8 h）合成AlEu MOF，并经透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等表征其理化性质。体外实验使用Hepa1-6小鼠肝癌细胞和人肝上皮细胞THLE-2；体内实验选用C57BL/6小鼠（北京维通利华）建立Hepa1-6皮下荷瘤模型，尾静脉注射后行微波（MW）照射。通过CCK-8法、Calcein-AM/PI双染、流式细胞术、JC-1探针、DCFH-DA探针、蛋白质印迹（Western blot）和酶联免疫吸附测定（ELISA）检测细胞活力、凋亡、线粒体膜电位、活性氧（ROS）及cGAS-STING通路活化；以红外热成像、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、苏木精-伊红（H&E）染色和TUNEL染色评价热效应、体内分布、疗效与安全性。

**AlEu MOF的结构特征**：通过TEM、XPS、EDS、XRD和FTIR等表征确认材料成功合成，呈球形花状形貌（约300 nm），表面带正电荷，结晶性好。微波加热实验显示升温具有浓度依赖性，15 mg/mL时温升达32.4°C，且多次循环后加热性能稳定。细胞摄取实验证实材料可被Hepa1-6细胞内吞；ICP-MS显示瘤内Al和Eu含量在注射后6小时达峰，主要积聚于肝脾，24小时后大部分清除，提示良好的肿瘤靶向性和生物安全性。

**体外生物安全性与治疗疗效**：CCK-8结果显示，200 μg/mL浓度下THLE-2和Hepa1-6细胞活力仍高于85%，溶血率最高仅2.53%，表明材料具有良好生物相容性和血液相容性。联合治疗组（MOF+MW）细胞活力降至46.4%，显著低于MW组（60.9%）和MOF组（85.9%）；Calcein-AM/PI染色和流式凋亡分析均显示联合组坏死率（32.3%）和凋亡率（23.4%）最高，证明协同杀伤效果显著。

**cGAS-STING通路的激活机制**：JC-1染色显示联合治疗组线粒体膜电位崩溃最严重，DCFH-DA探针显示ROS水平较其他组升高3倍以上。Western blot检测到STING、TBK1和IRF3的磷酸化水平在联合组显著增强。ELISA结果显示IL-6、TNF-α、IFN-β以及cGAMP浓度在联合组最高；加入STING特异性抑制剂C-176后下游细胞因子明显下降而上游cGAMP无显著变化，证实联合治疗通过STING通路增强炎症反应。

**体内抗肿瘤疗效、生物安全性与免疫激活**：在Hepa1-6皮下瘤模型中，联合治疗组瘤内温升达33.4°C，显著高于MW组的20.5°C；肿瘤抑制率达96.1%，肿瘤体积和重量均为最小。H&E和TUNEL染色显示联合组肿瘤组织出现明显细胞收缩、染色质浓缩和大量凋亡细胞核。血清IFN-γ、IL-6、TNF-α水平在联合组显著升高；流式分析显示肿瘤内CD8⁺T细胞比例和脾脏成熟树突状细胞（CD80⁺CD86⁺）比例增加。治疗期间小鼠体重、血常规、血生化及主要器官H&E染色均无明显异常，表明体内生物安全性良好。

讨论部分指出，AlEu MOF通过增强热消融和激活cGAS-STING通路形成双重协同机制，且联合治疗效应优于两单药之和。研究也承认局限性：尚未验证对复发转移的预防作用、皮下肿瘤模型与HCC真实微环境存在差异、Eu³⁺放大STING信号的分子机制需进一步阐明，未来需在原位肝癌模型和更大队列中验证，并可考虑与经动脉化疗栓塞（TACE）或免疫检查点抑制剂联用以增强疗效。结论：研究人员开发的MW响应性AlEu MOF纳米颗粒，通过增强热消融和激活cGAS-STING通路，在体内外实现强效协同抗肿瘤效应，同时保持良好生物安全性。该策略有望将局部肿瘤控制与全身免疫保护相结合，为HCC提供一种可临床转化的新型治疗方案。